.1 Neutraoituminen 101. a) Mitkä ovat neutraoitumisreaktion ähtöaineet ja mikä on reaktiotuote? b) Miksi neutraoituminen tapahtuu? a) Lähtöaineet ovat oksonium- ja hydroksidi-ionit ja reaktiotuote vesi: HO + (aq) + OH (aq) 2 H2O() b) Reaktion tasapainovakion arvo on suuri (noin 10 14 (mo/) 2 ), joten oksonium- ja hydroksidi-ionit neutraoivat toisensa käytännössä täydeisesti. 102 Merkittävä suomaainen sanomaehti uutisoi seuraavasti: TUHAT LITRAA TYPPIHAPPOA MAAHAN OULUSSA Noin 1000 itraa 60-prosenttista typpihappoa vaui maahan ja viemäriin kujetusiikkeen pihaa Ouussa keskiviikkoitana. Trukki puhkaisi rekan avaa oeen typpihapposäiiön venttiiin, jooin aine pääsi vaumaan. Paokunta imeytti joitakin kymmeniä itroja maasta. Loput neutraoidaan vedeä. Mikä kemiainen virhe uutisessa on? Ratkaisu Happoa ei voi neutraoida vedeä, vaan neutraointiin tarvitaan emäksistä ainetta, esimerkiksi kasiumhydroksidia, Ca(OH)2. Vettä isäämää happo vain aimenee. 10 Kuvaa reaktioyhtäöä, mitä tapahtuu, kun a) veteen isätään propaanihappoa b) nokare kaiumhydroksidia pudotetaan veteen c) a- ja b-kohtien iuokset yhdistetään. a) CHCH2COOH() + H2O() CHCH2COO (aq) + HO + (aq) H2O b) KOH(s) K + (aq) + OH (aq) c) CHCH2COO (aq) + HO + (aq) + K + (aq) + OH (aq) CHCH2COO (aq) + K + (aq) + 2 H2O() 104. Kirjoita tasapainotettu reaktioyhtäö, kun seuraavat vesiiuokset yhdistetään. Nimeä veden haihduttamisen jäkeen kiteytyvä suoa. a) Rikkihappoiuos neutraoidaan kaiumhydroksidiiuoksea b) Etikkahappoiuos neutraoidaan kasiumhydroksidiiuoksea c) Oksaaihappoiuos neutraoidaan natriumhydroksidiiuoksea d) Typpihappoiuos neutraoidaan ammoniakkiiuoksea e) Fenoiiuos neutraoidaan kaiumhydroksidiiuoksea. f) Muurahaishappoiuos neutraoidaan natriumkarbonaattiiuoksea.
a) 2 HO + (aq) + SO4 2 (aq) + 2 K + (aq) + 2 OH (aq) 2 K + (aq) + SO4 2 (aq) + 4 H2O(); kaiumsufaatti b) 2 HO + (aq) + 2 CHCOO (aq) + Ca 2+ (aq) + 2 OH (aq) Ca 2+ (aq)+ 2 CHCOO (aq) + 4 H2O(); kasiumasetaatti (kasiumetanaatti) c) 2 HO + (aq) + OOCCOO (aq) + 2 Na + (aq) + 2 OH (aq) 2 Na + (aq) + OOCCOO (aq) + 4 H2O(); natriumoksaaatti d) HO + (aq) + NO (aq) + NH4 + (aq) + OH (aq) NH4 + (aq) + NO (aq) + 2 H2O(); ammoniumnitraatti e) HO + (aq) + C6H5O (aq) + K + (aq) + OH(aq) K + (aq) + C6H5O (aq) + 2 H2O(); kaiumfenoaatti f) 2 HO + (aq) + 2 HCOO (aq) + 2 Na + (aq) + CO 2 (aq) CO2() + 2 Na + (aq) + 2 HCOO (aq) + H2O(); natriumformiaatti (natriummetanaatti) 105. Kirjoita tasapainotettu reaktioyhtäö, kun seuraavat vesiiuokset yhdistetään. Kirjoita veden haihduttamisen jäkeen kiteytyvän suoan kaava. a) Ammoniakkiiuos neutraoidaan vetykoridihappoiuoksea b) Trimetyyiamiiniiuos neutraoidaan typpihappoiuoksea c) Aniiiniiuos neutraoidaan rikkihappoiuoksea d) Pyridiiniiuos neutraoidaan typpihappoiuoksea. a) NH4 + (aq) + OH (aq) + HO + (aq) + C (aq) NH4 + (aq) + C (aq) + 2 H2O() b) (CH)NH + (aq) + OH (aq) + HO + (aq) + NO (aq) (CH)NH + (aq) + NO (aq) + 2 H2O() NH (aq) NH (aq) c) 2 (aq) + 4 H2O() + 2 OH (aq) + 2 HO + (aq) + SO4 2 (aq) 2 + SO4 2 N d) H + 2 H2O() (aq) + OH (aq) + HO + (aq) + NO (aq) N H (aq) (aq) + NO (aq)
106. Kirjoita nettoreaktioyhtäöt, kun typpihappoiuokseen isätään kiinteää a) natriumhydroksidia b) manesiumhydroksidia c) kasiumkarbonaattia. a) HNO(aq) + NaOH(s) NaNO(aq) + H2O() b) 2 HNO(aq) + M(OH)2(s) M(NO )2(aq) + 2 H2O() c) 2 HNO(aq) + CaCO(s) Ca(NO )2(aq) + CO2() + H2O() 107. Kahvinkeittimiin ja muihin vettä ämmittäviin aitteisiin saostuu ajan ooon ns. kattiakiveä, joka on kasiumkarbonaattia. Kattiakivi voidaan poistaa etikkahappoiuoksea, joka keitetään aitteen äpi. Kirjoita nettoreaktio, joka kuvaa kahvinkeittimen puhdistumista. Ratkaisu CaCO(s) + 2 CHCOOH(aq) (CHCOO)2Ca(aq) + CO2() + H2O() Kasiumkarbonaatti ei iukene veteen, mutta reaktiotuote kasiumasetaatti iukenee ja poistuu keittimestä. 108. Hermostossa viestin väityksestä vastaavat hermoväittäjäaineet, kuten dopamiini ja serotoniini. Kahden hermosoun iittymäkohdassa, synapsissa, on väittäjäaineen siirtymisen mahdoistava pienen pieni aukko. Serotoniinin puute aivoissa aiheuttaa mm. masennusta ja unettomuutta. a) Seitä, miksi serotoniinia voidaan pitää amfoyyttinä. b) Serotoniini ja dopamiini eivät esiinny vesiiuoksessa kahtaisionimuodossa. Tarkoittaako tämä sitä, että niiden vesiiuokset ovat ähes neutraaeja? c) Parkinsonin taudin oireet johtuvat dopamiinin puutteesta. Taudin oireita ei voida kuitenkaan ievittää antamaa potiaie dopamiinia, koska se ei äpäise aivoja suojeevaa veriaivonestettä. Missä muodossa dopamiini on verenkierrossa (ph 7,4)? Dopamiini happomuodon pka on 8,9. H N HO NH 2 HO serotoniini NH 2 HO dopamiini a) Serotoniinissa on sekä hapan fenoinen OH-ryhmä että emäksinen primäärinen aminoryhmä, joten se voi toimia sekä happona että emäksenä (yhyesti amfoyyttinä). Renkaassa oeva typpiatomi ei oe emäksinen. b) Ei. Se, että amfoyyttinen moekyyi ei esiinny kahtaisionina, kertoo vain sen, että moekyyissä oeva hapan ryhmä (fenoinen OH) ei oe riittävän hapan, jotta se voisi uovuttaa protonin moekyyin emäksisee aminoryhmäe (-NH2). Vesiiuoksessa nämä ryhmät voivat siti toimia heikkona happona ja heikkona emäksenä, ja iuoksen ph riippuu ryhmien happo- ja emäsvakioiden suhteeisista suuruuksista.
c) ph < pka, joten dopamiini on enimmäkseen happomuodossa. HO NH HO dopamiini fysiooisessa ph:ssa 109. a) Fosforihappoa vamistetaan apatiitista, Ca(PO4)2 CaF2 ns. märkämenetemää, jossa apatiitti iuotetaan väkevään rikkihappoon. Reaktiossa syntyvä fosforihappoiuos erotetaan toisesta reaktiotuotteesta, kasiumsufaatista, suodattamaa. Liuotuksessa syntyvä vetyfuoridikaasu ja sen kaasumaiset jatkoreaktiotuotteet otetaan tateen kaasunpesurissa. Kirjoita fosforihapon vamistusta kuvaava nettoreaktioyhtäö. b) Esimerkiksi tomaatti, peruna ja monet juurekset tarvitsevat runsaasti kaiumioneja, mutta annoitteen koridi-ionipitoisuuden tuee oa ahainen. Täaisie koorinaroie kasveie tarkoitettujen yeisannoitteiden vamistukseen ei voida käyttää uonnosta saatavaa kaiumkoridia vaan kaiumsufaattia. Kaiumsufaatti vamistetaan kaiumkoridista ja rikkihaposta 550 600 C:ssa Man nheim-menetemää. Kirjoita kaiumsufaatin vamistusta kuvaava nettoreaktioyhtäö iman oomuotomerkintöjä. a) Ca(PO4)2 CaF2(s) + 10 H2SO4(aq) 6 HPO4(aq) + 10 CaSO4(s) + 2HF() b) 2 KC + H2SO4 K2SO4 + 2 HC 110. Mihin suuntaan etikkahappoiuoksen protoninsiirtoreaktion tasapaino siirtyy, kun 50 m:aan 0,10 M etikkahappoiuosta isätään a) muutama pisara 0,10 M NaOH-iuosta b) muutama pisara 0,10 M HC-iuosta c) muutama kide natriumasetattia? d) 10 m vettä. Tarkasteaan tasapainoa: CHCOOH(aq) + H2O() HO + (aq) + CHCOO (aq) a) OH -ioneja isättäessä tapahtuu neutraoituminen, jooin HO + -ionien konsentraatio pienenee. Reaktiotuotteen konsentraation pienentäminen siirtää tasapainoa reaktiotuotteiden suuntaan. b) Vahvaa happoa isättäessä HO + -ionien konsentraatio kasvaa. Reaktiotuotteen konsentraation isääminen siirtää tasapainoa ähtöaineiden suuntaan. c) Natriumasetaatti iukenee natrium- ja asetaatti-ioneiksi, jooin asetaatti-ionien konsentraatio kasvaa. Reaktiotuotteen konsentraation isääminen siirtää tasapainoa ähtöaineiden suuntaan. d) Veden konsentraatio kasvaa. Lähtöaineen konsentraation isääminen siirtää tasapainoa reaktiotuotteiden suuntaan. 111. Kasvaako vai pieneneekö 0,10 M ammoniumnitraattiiuoksen ph, kun 0 m:aan iuosta isätään
a) muutama pisara 0,10 M NaOH-iuosta b) muutama pisara 0,10 M HNO-iuosta c) muutama kide natriumnitraattia NaNO d) muutama kide ammoniumkoridia NH4C e) 10 m vettä. Ammoniumioni on hapan ja nitraatti-ioni neutraai. Tarkasteaan tasapainoa: NH4 + (aq) + H2O() HO + (aq) + NH(aq) a) ph hieman kasvaa. OH -ionit neutraoivat HO + -ioneja, jooin ammonium- ja oksoniumionien konsentraatio pienenevät. b) ph pienenee, koska oksoniumionien konsentraatio kasvaa vahvaa happoa isättäessä. c) ph ei muutu, koska Na + - ja NO -ionit ovat neutraaeja. d) ph pienenee, koska oksoniumionien konsentraatio kasvaa happamia ammoniumioneja isättäessä. Koridi-ioni on neutraai e) ph hieman kasvaa, koska oksoniumionien konsentraatio pienenee aimennettaessa. 112. Käytettävissäsi on yhtä suuret tiavuudet happoiuoksia, joiden konsentraatiot ja ph:t ovat seuraavat: a) 0,10 M HC ja ph = 1,0 b) 0,10 M CHCOOH ja ph = 2,9 c) 0,10 M HCOOH ja ph = 2,4 Mitä voit sanoa happoiuosten neutraointiin tarvittavista emäsmääristä? Perustee vastauksesi. Kaikki hapot ovat monoproottisia (yhdenarvoisia) ja jokaisessa iuoksessa hapon ainemäärä on sama (n = c V = 0,10 mo/ V(happo)). Jos jokainen happoiuos neutraoidaan samaa emäkseä, niin nettoreaktioyhtäön HA(aq) + NaOH(aq) NaA(aq) + H2O(aq) mukaisesti n(happo) = n(emäs) Siis jokaisen happoiuoksen neutraointiin tarvitaan sama ainemäärä emästä. Huom! Neutraoinnin aikana myös heikko happo uovuttaa protoninsa täydeisesti, joten hapon vahvuus (happovakio ja iuoksen ph) ei vaikuta neutraointiin tarvittavan emäksen ainemäärään.
11. Liikahappoisuuden ei närästyksen hoitoon käytetty tabetti sisätää vaikuttavana aineosana 80,0 m aumiinihydroksidia A(OH). a) Kirjoita neutraoitumisen nettoreaktioyhtäö. b) Kuinka suuren ainemäärän mahan suoahappoa tabetti pystyy neutraoimaan? a) A(OH)(s) + HC AC(aq) + H2O() b) M(A(OH)) = 78,004 mo m 0,0800 n(a(oh) ) = = = 1,025... 10 mo M 78,004 mo Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(hc) = n(a(oh)) = 1,025... 10 mo =,076... 10 mo n(hc) =,08 mmo 114. Suomessa kemianteoisuuden keskeistä kemikaaia, rikkihappoa, vamistetaan iki 2 mijoona tonnia vuodessa. Rikkihappoa kujetetaan käyttökohteisiin sekä rauta- että maanteitse. Säiiöauto joutuu onnettomuuteen, jooin 1,5 m 9 massa-%:sta (ρ = 1,82 k/dm ) rikkihappoa vauu maahan. Kuinka pajon (tonneina) natriumkarbonaattia tarvitaan maahan vauneen rikkihapon neutraointiin? Ratkaisu Lasketaan rikkihapon ainemäärä. m(h2so4) = ρ V = 0,9 1500 dm k 1,82 = 258,9 k dm M(H2SO4) = 98,086 mo m 258,9 10 n(h2so4) = = = 25884,4...mo M 98,086 mo Neutraoitumisen nettoreaktio H2SO4 + Na2CO Na2SO4 + H2O + CO2 Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(na2co) = n(h2so4) = 25884,4 mo M(Na2CO) = 105,99 mo m(na2co) = n M =25884,4... mo 105,99 mo = 274490,5 2,7 tn.
115. Kun rikkihappoa sisätävä näyte neutraoitiin täydeisesti, kuui 12, m NaOH-iuosta. Tämä oi vamistettu iuottamaa 2,40 natriumhydroksidia veteen ja aimentamaa iuos mittapuossa tiavuuteen 150 m. Kuinka monta rammaa rikkihappoa näyte sisäsi? (Yo s200) Ratkaisu Lasketaan NaOH(aq)-iuoksen konsentraatio M(NaOH) = 9,998 mo n m 2,40 mo c(naoh) = = = = 0,4000... V M V 9,998 0,150 mo Neutraoitumisen nettoreaktio H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) Na2SO4(aq) + 2 H2O() Lasketaan neutraointiin kuuneen NaOH:n ainemäärä n(naoh) = c V = 0,012 0,4000... mo = 4,920... 10 mo Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(h2so4) = 1 2 n(naoh) = 1 2 4,920... 10 mo = 2,460... 10 mo M(H2SO4) = 98,086 mo m(h2so4) = n M = 2,460... 10 mo 98,086 mo = 0,241... 0,241 116. 24,0 m 0,0100 M NaOH-iuosta ja 25,0 m 0,100 M HC-iuosta sekoitetaan keskenään. Laske seoksen ph. Ratkaisu Neutraoitumisen nettoreaktio NaOH(aq) + HC(aq) NaC(aq)+ H2O() n(hc) = n(naoh). Lasketaan neutraoimatta jääneen HC:n ainemäärä n(hc) = 0,100 mo 0,0250 0,0100 mo 0,0240 = 2,26 10 mo Seoksen tiavuus on 24,0 m + 25,0 m = 49,0 m = 0,0490. Lasketaan vetykoridihapon konsentraatio osittain neutraoidussa seoksessa n 2,26 10 mo mo c(hc) = = = 0,04612... V 0,0490 HC on vahva happo, joka uovuttaa protoninsa täydeisesti, joten [HO + ] = c(hc) = 0,04612... mo Lasketaan seoksen ph ph = 0,04612... = 1,60... 1,6 117. Laske 0,10 M natriumfenoaattiiuoksen C6H5ONa(aq) ph. Fenoin pka = 10,00.
Ratkaisu Natriumfenoaatti iukenee natrium- ja fenoaatti-ioneiksi. Fenoaatti-ioni on heikon hapon vastinemäs, joten se on emäksinen. Na + -ioni on neutraai. Lasketaan fenoaatti-ionin emäsvakio Kb. pka = 10,00, joten pkb = 14,00 pka = 14,00 10,00 = 4,00 Kb(fenoaatti-ioni) = 10 4,00 mo = 1,0 10 4 mo Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa mo c:n muutos mo tasapainokonsentraatio mo C6H5O (aq) + H2O() OH (aq) + C6H5OH(aq) 0,10-0 0 x - + x + x 0,10 x - x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäsvakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x = [OH ] 2 [OH ] [C6H5OH] x 4 Kb = = = 1,0 10 [C H O ] 0,10 x x 6 5 2 4 5 + x = 1,0 10 1,0 10 0 Laskimea: x = [OH ] =,112... 10 mo mahdoton) Lasketaan ph poh = (,112... 10 ) = 2,506... ph = 14,00 poh = 14,00 2,506... = 11,49... 11,49. (tai x =,212... 10 mo, neatiivisena
118. Laske 0,25 M ammoniumkoridiiuoksen NH4C(aq) ph. Kb(NH) = 1,8 10 5 mo/ ja Ka(NH4 + ) = 5,6 10 10 mo/. Ratkaisu Ammoniumkoridi iukenee ammonium- ja koridi-ioneiksi. Ammoniumioni on heikon emäksen vastinhappo, joten se on hapan. C ioni on neutraai. Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa mo c:n muutos mo tasapainokonsentraatio mo NH4 + (aq) + H2O() HO + (aq) + NH(aq) 0,25-0 0 x - + x + x 0,25 x - x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x = [HO + ] + 2 [HO ] [NH ] x 10 Ka = = = 5,6 10 + [NH 4 ] 0,25 x x << 0,25 mo, joten ratkaistava yhtäö yksinkertaistuu muotoon x 2 = 0,25 5,6 10 10 + 10 mo 5 mo mo x = [HO ] = ( ± ) 0,25 5,6 10 = 1,18... 10 << 0,25. Neatiivinen juuri on mahdoton. Yksinkertaistus ok. Lasketaan ph ph = [HO + ] = (1,18... 10 5 ) = 4,926... 4,9. 119. Ammoniakki on veteen runsasiukoinen heikko emäs, jonka emäsvakio 25 C:ssa on 1,8 10 5 mo/. a) Kuinka suuri ainemäärä ammoniakkikaasua on iuotettava veteen, jotta saadaan 0,50 itraa iuosta, jonka ph = 10,0? b) Kuinka suuri tiavuus 0,10 M vetykoridiiuosta tarvitaan tämän ammoniakkiiuoksen neutraointiin? c) Miksi neutraoidun iuoksen ph ei oe 7,00?
a) Lasketaan ammoniakkiiuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio ph = 10,0, joten poh = 14,00 ph = 14,00 10,0 =,70 [OH ] = 10 poh = 10,70 mo = 1,99526... 10 4 mo Lasketaan ammoniakkiiuoksen akukonsentraatio [NH]0 = a, kun [OH ] = 1,995256... 10 4 mo Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa mo c:n mo muutos tasapainokonsentraatio mo NH(aq) + H2O() OH (aq) + NH4 + (aq) a - 0 0 1,99526... 10 4 a 1,99526... 10 4 - + 1,99526... 10 4-1,99526... 10 4 + 1,99526... 10 4 1,99526... 10 4 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäsvakion ausekkeeseen ja ratkaistaan a = [NH]0 4 mo 2 + (1,995 10 ) [OH ] [NH 4 ] 5 mo K = = b = 1,8 10 [NH ] 4 mo a 1,995 10 5 9 8 1,8 10 a,59154 10 =,9812 10 8 9,9812 10 +,59154 10 a = 5 1,8 10 mo a = [NH ] 0 = 2,411 10 Ammoniakin ainemäärä n(nh) = c V = [NH]0 V = 2,411 10 mo 0,50 = 1,2055 10 mo 1,2 mmo b) Neutraoimisen nettoreaktio: NH(aq) + HC(aq) NH4C(aq) Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(hc) = n(nh) n = c V c(hc) V(HC) = n(nh) n(nh ) 1,2055 10 mo V(HC) = = = 0,012055 12 m c(hc) mo 0,10 c) Neutraoitu iuos on suoaiuos, jossa on NH4 + - ja C - ioneja. NH4 + -ioni on hapan, joten neutraoidun iuoksen ph < 7. Koridi-ionit ovat neutraaeja.
120. 0,50 itrassa iuosta on 1,0 miimooia suoahappoa (vetykoridia) ämpötiassa 25 C. a) Mikä on iuoksen ph? (1p.) b) Mihin tiavuuteen iuos on aimennettava, jotta sen ph oisi,00? (2 p.) c) Kuinka suuri tiavuus 0,10 M NaOH-iuosta on isättävä akuperäiseen suoahappoiuokseen, jotta muodostuvan iuoksen ph oisi 12,00? ( p.) (Yo s2006) a) Vetykoridi on vahva, monoproottinen happo, joka uovuttaa protoninsa täydeisesti. [HO + n 1,0 10 mo mo ] = [HC]0 = = = 0,0020 V 0,50 ph = [HO + ] = 0,0020 = 2,698... 2,70. b) Lasketaan iuoksen [HO + ] ph =,00, josta [HO + ] = 10 ph = 10,00 mo = 1,0 10 mo = c(hc). Lasketaan aimennetun iuoksen tiavuus: HC:n ainemäärä ei aimennettaessa muutu, joten n(hc) = 1,0 10 mo ja c(hc) = 1,0 10 mo n 1,0 10 mo V(HC) = = = 1,0 c mo 1,0 10 c) Lasketaan iuoksen [OH ] ph = 12,00, joten poh = 14,00 ph = 14,00 12,00 = 2,00 poh = 2,00, joten [OH ] = 10 2,00 mo = 0,010 mo NaOH-iuosta kuuu a) HC:n neutraoimiseen ja b) iuoksen tekemiseen emäksiseksi Neutraoimiseen (HC + NaOH NaC + H2O) kuuvien OH -ionien ainemäärä n(oh ) = n(hc) = 0,0010 mo Okoon isätyn NaOH-iuoksen (c(naoh) = 0,10 mo n(oh ) = c V = 0,10 mo V ) tiavuus V: Neutraoitumisen jäkeen n(oh ) = 0,10 mo V 0,0010 mo, iuoksen tiavuus 0,50 + V ja [OH ] = 0,010 mo
mo 0,10 V 0,0010 mo n mo [OH ] = = = 0,010 V 0,50 + V mo mo 0,10 V 0,0010 mo = 0,0050 mo + 0,010 V mo 0,090 V = 0,0060 mo 0,0060 mo V = = 0,0666... 67 m mo 0,090 121. Ammoniakkikaasua, jonka tiavuus 101, kpa:n paineessa ja 25 C:een ämpötiassa on 4,48 dm, iuotetaan veteen siten, että iuoksen tiavuudeksi ämpötiassa 25 C tuee 0,200 dm. Laske iuoksen ph. Tähän iuokseen isätään 18 m HC-iuosta, jonka konsentraatio on 1,00 mo/dm. Mikä on näin saadun iuoksen ph? Ammoniakin emäsvakio on 1,8 10 5 mo/. Ratkaisu Lasketaan ammoniakin ainemäärä ja [NH]0. N 101, 10 4,48 10 m p V 2 n(nh m ) = = = 0,1806...mo R T Nm 8,145 (27,15 + 25) K mo K n 0,180... mo mo [NH ] 0 = = = 0,9154... V 0,200 Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa mo c:n muutos mo tasapainokonsentraatio mo NH(aq) + H2O() OH (aq) + NH4 + (aq) 0,915-0 0 x - + x + x 0,915 x - x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäsvakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x
K x b + 2 [OH ] [NH 4 ] x = = = 1,8 10 [NH ] 0,915 x 2 5 5 + x = 1,8 10 1,6475 10 0 Laskimea: x = [OH ] = 4,0500 10 mo x = Lasketaan ammoniakkiiuoksen ph (tai 4,067... 10, neatiivisena mahdoton) poh = (4,0500 10 ) = 2,925 mo ph = 14,00 poh = 14,00 2,925 = 11,6074 11,61 5 Ammoniakkiiuoksen neutraointi vetykoridihappoiuoksea NH(aq) + HC(aq) NH4C(aq) Neutraointiin käytetyn HC:n ainemäärä n(hc) = c V = 1,0 mo 0,18 = 0,18 mo = n(nh), joten ammoniakki neutraoitui täydeisesti ja yhdistetty iuos on NH4C -iuos. NH4 + -ioni on hapan ja C - ioni neutraai. Lasketaan NH4 + -ionin happovakio 2 14 mo 1,008 10 + K w 10 a(nh 4 ) = = = 5,6 10 Kb (NH ) 5 mo mo K 1,8 10 + c 0,18 mo mo Yhdistetty iuos: [NH 4 ] = = = 0,4778 V (0,200 + 0,18 ) Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa mo c:n muutos mo tasapainokonsentraatio mo NH4(aq) + H2O() HO + (aq) + NH(aq) 0,4778-0 0 x - + x + x 0,4778 x - x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x + 2 [HO ] [NH ] x 10 Ka = = = 5,6 10 + [NH ] 0,4788 x 4
x << 0,4788 mo, joten ratkaistava yhtäö yksinkertaistuu muotoon x 2 = 0,4788 5,6 10 10 + 10 mo 5 mo x = [HO ] = ( ± ) 0,4788 5,6 10 = 1,66 10, neatiivinen juuri mahdoton ja yksinkertaistus ok. Lasketaan ph ph = [HO + ] = (1,66 10 5 ) = 4,7862... 4,79. 122. Kuivaa HC-kaasua, jonka tiavuus on 57,7 cm 101, kpa:n paineessa ja 25,0 C:een ämpötiassa, iuotetaan veteen siten, että iuoksen tiavuudeksi tuee 0,200 dm. Mikä on iuoksen ph ja kuinka pajon 0,100 M Ca(OH)2-iuosta tarvitaan sen neutraointiin? Ratkaisu Lasketaan HC:n ainemäärä ja [HC]0 pv pv = nrt, josta n = RT N 6 101, 10 57,7 10 m m n(hc) = = 2,578... 10 mo Nm 8,145 (27,15 + 25) K mo K n 2,578... 10 mo mo + [HC] 0 = = = 0,011789... = [HO ], koska V 0,200 HC on vahva, monoproottinen happo Lasketaan HC-iuoksen ph ph = [HO + ] = 0,011789... = 1,9285... 1,929. Neutraointi 2 HC(aq) + Ca(OH)2 CaC2(aq) + 2 H2O() Neutraointireaktiosta pääteään, että n(ca(oh)2) = ½ n(hc) = ½ 2,578... 10 mo = 1,1789... 10 mo n 1,1789... 10 mo V(Ca(OH) 2 ) = = = 0,01178... 11,8 m c mo 0,100
12. Mikä on sen vesiiuoksen ph, joka saadaan yhdistettäessä 120 m 0,25 M typpihappoa ja 72 m iuosta, johon on iuotettu 1,70 kidevedeistä bariumhydroksidia Ba(OH)2 8 H2O? Laske myös kaikkien yhdistetyssä iuoksessa oevien ionien konsentraatiot (mo/). Ratkaisu Liuoksia yhdistettäessä tapahtuu neutraoituminen nettoreaktio: Ba(OH)2(aq) + 2 HNO(aq) Ba(NO)2(aq) + 2 H2O() neutraoituminen: OH (aq) + HO + (aq) 2 H2O() Lasketaan HNO:n, HO + :n ja OH :n ainemäärät n(hno) = c V = 0,25 mo 0,120 = 0,00 mo = n(ho + ), koska HNO on vahva, monoproottinen happo. 1,70 n(ba(oh) 2 ) = n(ba(oh) 2 ) 8 H2O= = 5,887... 10 mo 15,474 mo Ba(OH)2 iukenee Ba 2+ - ja OH -ioneiksi, joten n(oh ) = 2 n(ba(oh)2)) = 2 5,887... 10 mo = 0,01077... mo n(hno) > n(oh ), joten typpihappoa yimäärin ja kaikki OH -ionit kuuvat neutraoitumisessa. n(hno yimäärä) = 0,00 mo 0,01077... mo = 0,01922... mo Yhdistetyssä iuoksessa + n 0,01922... mo mo [HNO ] 0 = [HO ] = = = 0,10011... V 0,120 + 0,072 ph = 0,1001... = 0,9994... 1,00 Ionien konsentraatiot yhdistetyssä iuoksessa + mo [HO ] = 0,10 2 14 mo 1,008 10 K w 1 [OH ] = = 1,0 10 + mo mo [H O ] 0,1001 0,192 2+ n 5,887 10 mo mo [Ba ] = = 0,028 V n 0,00 mo mo [NO ] = = 0,16 V 0,192
124. Heikkoa yhdenarvoista happoa sisätävän vesiiuoksen ph on 2,0. Kun 50,0 m tätä iuosta neutraoidaan, kuuu 10,0 m NaOH-iuosta, jonka konsentraatio on 0,100 mo/. Laske hapon happovakio. Ratkaisu Happovakion askemiseksi pitää tietää tasapainokonsentraatiot 1) Lasketaan hapon HA ainemäärä ja akukonsentraatio neutraointireaktion HA(aq) + NaOH(aq) NaA(aq) + H2O() stoikiometrian avua. n(ha) = n(naoh) = c(naoh) V(NaOH) = 0,100 mo 0,0100 = 0,00100 mo n 0,00100 mo mo [HA] 0 = = = 0,0200 V 0,050 2) Lasketaan [HO + ] = [A ], kun ph = 2,0 [HO + ] = 10 2,0 mo = 5,0118... 10 mo Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa mo c:n mo muutos tasapainokonsentraatio mo HA(aq) + H2O() HO + (aq) + A (aq) 0,0200-0 0 5,0118... 10 0,0200 5,0118... 10 - +5,0118... 10 +5,0118... 10-5,0118... 10 5,0118... 10 Lasketaan happovakio mo (5,011... 10 ) Ka = = = 1,6759 10 [HA] mo (0,0200 5,011... 10 ) mo Ka = 1,7 10 2 + [HO ] [A ] mo
125. Erään yseroin triesterin (rasvan) rasvahappona on yksinomaan öjyhappo, C18H4O2. a) Piirrä rasvan viivakaava ja aske sen mooimassa. b) Kuinka suuri tiavuus 0,20 M KOH-iuosta kuuu, kun,7 rasvaa saippuoituu. (Muistituki: saippuoituminen tarkoittaa rasvan hydroyysiä emäksisessä iuoksessa.) a) O O 1 2 O O O 9 10 O Rasvan moekyyikaava on C57H104O6 M(C57H104O6) = 885,402 mo b) Emäksinen hydroyysi ei saippuoituminen C 57 H 104 O 6 + KOH n m M,7 885,402 mo C 17 H COO K + OH (rasva) = = = 4,178... 10 mo OH OH Saippuoitumisreaktiosta pääteään, että n(koh) = n(rasva) = 4,178... 10 mo n 0,0125... mo mo V(KOH) = = = 0,06268... 6 m c mo 0,20 126. a) Kuinka monta rammaa kiinteää natriumvetysufaattia tarvitaan vamistettaessa 1,0 itraa iuosta, jonka ph = 2,50? Ka(HSO4 ) = 1,1 10 2 mo/. b) Kuinka monta rammaa kasiumhydroksidia tarvitaan neutraoimaan edeä mainittu iuos?
a) Lasketaan NaHSO4(aq)-iuoksen akukonsentraatio. HSO4 -ioni on heikko happo. ph = 2,50, joten [HO + ] = 10 2,50 mo =,16227... 10 mo Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa mo c:n mo muutos tasapainokonsentraatio mo HSO4 (aq) + H2O() HO + (aq) + SO4 2 (aq) a - 0 0,162 10 - +,162 10 a,162 10 +,162 10 -,162 10,162 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot tasapainovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan a = [HSO4 ]0 + 2 2 [HO ] [SO 4 ] (,162 10 ) 2 K a = = = 1,1 10 [HSO ] a,162 10 4 1,1 10 a,162 10 1,1 10 = (,162 10 ) 2 2 2 a = [HSO ] = 4,0714 10 4 mo Lasketaan NaHSO 4:n ainemäärä ja massa ( M(NaHSO 4 ) = 120,068 ) mo mo n(nahso 4 ) = c V = 4,0714 10 1,0 = 4,0714 10 mo m(nahso 4 ) = n M = 4,0714 10 mo 120,068 = 0, 4888... 0, 49 mo b) Ca(OH)2(s) + 2 NaHSO4(aq) Na2SO4(aq) + CaSO4(s) + 2 H2O() M(Ca(OH)2 = 74,096 mo Reaktioyhtäöstä pääteään, että 1 1 n(ca(oh) 2 ) = n(nahso 4 ) = 4,0714 10 mo = 2,057 10 mo 2 2 m(ca(oh) 2 ) = n M = 2,057 10 mo 74,096 = 0,1508... 0,15 mo
.2 Puskuriiuokset 127. Mitkä seuraavista iuoksista voivat toimia puskuriiuoksina, kun yhtä suuret tiavuudet iuoksia yhdistetään? a) 0,10 M NaC(aq) ja 0,10 M KC(aq) b) 0,10 M NaC(aq) ja 0,10 M NH4C(aq) c) 0,10 M NH(aq) ja 0,15 M NH4C(aq) d) 0,10 M CHCOOH(aq) ja 0,125 CHCOONa(aq) e) 0,10 M HC(aq) ja 0,20 M CHCOONa(aq) f) 0,10 M HC(aq) ja 0,15 M NaNO2(aq) a) Ei. Liuos sisätää vain kahta neutraaia suoaa. b) Ei. Liuoksessa on heikkoa happoa, ammoniumioneja, mutta ei sen vastinemästä. c) Kyä. Liuoksessa on sekä heikkoa emästä, ammoniakkia, että sen vastinhappoa, ammoniumioneja. d) Kyä. Liuoksessa on sekä heikkoa happoa, etikkahappoa, että sen vastinemästä, asetaatti-ioneja. e) Kyä. HC neutraoi puoet emäksisistä asetatti-ioneista, jooin syntyy etikkahappoa. Liuoksessa on sekä heikkoa happoa, etikkahappoa, että sen vastinemästä, asetaatti-ioneja ainemääräsuhteessa 1:1. f) Kyä. HC neutraoi emäksisiä nitriitti-ioneja, jooin syntyy typpihapoketta. Liuoksessa on heikkoa happoa, typpihapoketta, ja sen vastinemästä, nitriitti-ioneja ainemääräsuhteessa 2:1. 128. Miä ph-aueea seuraavien iuosten puskuroimiskyky on parhaimmiaan? Oetetaan, että hapon ja sen vastinemäksen konsentraatiot puskuriiuoksessa ovat yhtä suuret. a) Bentsoehapon ja natriumbentsoaatin vesiiuos b) Kaiumdivetyfosfaatin ja kaiumvetyfosfaatin vesiiuos c) Ammoniakin ja ammoniumkoridin vesiiuos d) Natriumkarbonaatin ja natriumvetykarbonaatin vesiiuos e) Maitohapon ja natriumaktaatin (maitohapon natriumsuoan) vesiiuos. Ka(maitohappo) = 8,4 10 4 mo/.
Puskuroimiskyky on suurimmiaan, kun ph = pka ± 1,0 a) ph = 4,2 ± 1,0. Ka(bentsoehappo) = 6, 10 5 mo/, joten pka(bentsoehappo) = - (6, 10 5 ) = 4,2. b) ph = 7,2 ± 1,0. Ka(H2PO4 ) = 6, 10 8 mo/, joten pka(h2po4 ) = - (6, 10 8 ) = 7,2. c) ph = 9, ± 1,0. Ka(NH4 + ) = 5,6 10 10 mo/, joten pka(nh4 + ) = - (5,6 10 10 ) = 9,25 9,. d) ph = 10, ± 1,0. Ka(HCO ) = 4,7 10 11 mo/, joten pka(hco ) = - (4,7 10 11 ) = 10,. e) ph =,1 ± 1,0. Ka(maitohappo) = 8,4 10 4 mo/, joten pka(maitohappo) = - (8,4 10 4 ) =,1. 129. Mitä happo-emäsparia käyttäisit, jotta vamistamasi puskuriiuoksen ph:n pitäisi oa a) 4,20 b) 10,? Puskuroimiskyky on suurimmiaan, kun ph = pka. a) pka = 4,20, joten Ka(happo) = 10 4,20 mo/ = 6, 10 5 mo/. Tauukkokirjan happovakiotauukosta nähdään, että sopiva happo-vastinemäspari on bentsoehappo ja bentsoaatti-ioni (käytännössä esim. natriumbentsoaatti). b) pka = 10,, joten Ka(happo) = 10 10, mo/ = 4,7 10 11 mo/. Tauukkokirjan happovakiotauukosta nähdään, että sopiva happo-vastinemäspari on vetykarbonaatti-ioni ja karbonaatti-ioni (käytännössä esim. natriumvetykarbonaatti ja natriumkarbonaatti). 10. Puskuriiuos on vamistettu iuottamaa a) muurahaishappoa ja sen natriumsuoaa veteen b) metyyiamiinia ja metyyiammoniumkoridia veteen. Kirjoita reaktioyhtäöt, joia osoitat miten puskuriiuos toimii, kun puskuriiuokseen isätään 1) happoa (HO + -ioneja) 2) emästä (OH ioneja). a) 1) HCOO (aq) + HO + (aq)hcooh(aq) + H2O() 2) HCOOH(aq) + OH (aq)hcoo (aq) + H2O() b) 1) CHNH2(aq) + HO + (aq)chnh + (aq) + H2O() 2) CHNH + (aq) + OH (aq)chnh2(aq) + H2O()
11. Lihassoun ph on tavaisesti väiä 7,1 7,2 ja sen puskuroimiskyvystä huoehtivat etupäässä divetyfosfaatti- ja vetyfosfaatti-ionit, H2PO4 (aq) ja HPO4 2 (aq). a) Kirjoita reaktioyhtäö, jonka mukaisesti ihassoun fosfattipuskuri vastustaa ph:n muutosta, kun ihassouun syntyy eneria-aineenvaihdunnan tuotteena maitohappoa (HO + -ioneja). b) Osoita, että puskuri on tehokkain ph:ssa 7,20. c) Mikä on HPO4 2 - ja H2PO4 -ionien konsentraatioiden suhde, jos ihassoun ph = 7,15? a) HPO4 2 (aq) + HO + (aq)h2po4 (aq) + H2O() b) Puskuri on tehokkain, kun ph = pka. Ka(H2PO4 ) = 6, 10 8 mo/, joten pka(h2po4 ) = - (6, 10 8 ) = 7,20. c) Sijoitetaan Henderson-Hassebachin yhtäöön ph = 7.15 ja pka = 7,20 ja 2 HPO 4 ratkaistaan suhde. H2PO 4 2 2 HPO 4 7,15 = 7,20 +, josta HPO 4 = 0,05. H2PO 4 H2PO 4 2 HPO 4 = 10 0,05 = 0,89 : 1. H2PO 4 12. 100 m:aan 0,050 M voihappoiuosta isätään 0,050 M voihapon natriumsuoaiuosta. Voihapon (butaanihapon) happovakio Ka = 2,0 10 4 mo/. Laske muodostuvan puskuriiuoksen ph, kun voihapon natriumsuoaiuosta on isätty a) 50 m b) 100 m c) 200 m. Butanaatti-ionit siirtävät butaanihapon protoninsiirtoreaktion CHCH2CH2COOH(aq) + H2O() HO + (aq) + CHCH2CH2COO (aq) tasapainon butaanihapon puoee. Tästä syystä butaanihapon ja butanaatti-ionien tasapainokonsentraatioina voidaan käyttää puskuriyhtäössä akukonsentraatiota. [voihappo] = [voihappo]0 [butanaatti-ioni] = [butanaatti-ioni]0
a) Lasketaan voihapon ja butanaatti-ionin tasapainokonsentraatiot yhdistetyssä iuoksessa V(puskuri) = 100 m + 50 m = 150 m n(voihappo) c(voihappo) V(voihappo) [voihappo] = = V(puskuri) V(puskuri) mo 0,050 0,100 mo [voihappo] = = 0,0... 0,150 mo 0,050 0,050 [butanaatti-ioni] = mo = 0,01666... 0,150 [A ] 4 0,01666... ph = pka + = (2,0 10 ) + [HA] 0,0... ph =,979...,40 b) V(puskuri) = 100 m + 100 m = 0,200 mo 0,050 0,100 mo [butanaatti-ioni] = = 0,025 0,200 mo 0,050 0,100 mo [voihappo] = = 0,025 0,200 0,025 0,025 4 ph = (2,0 10 ) + =,6989... + 0,70 c) V(puskuri) = 100 m + 200 m = 0,00 mo 0,050 0,200 mo [butanaatti-ioni] = = 0,0... 0,00 mo 0,050 0,100 mo [voihappo] = = 0,01666 0,00 0,0... 0,01666... 4 ph = (2,0 10 ) + = 4,00
1. 0,20 mo etikkahappoa ja 0,20 mo natriumasetaattia iuotetaan mittapuossa veteen ja iuos aimennetaan 1,00 itraksi. a) Laske iuoksen ph b) Laske iuoksen ph, kun iuokseen isätään 1) 0,02 mo kiinteää natriumhydroksidia 2) 0,02 mo vetykoridihappoa. Oetetaan, että iuoksen tiavuus ei muutu NaOH:n ja HC:n isäyksen johdosta. a) Asetaatti-ionit siirtävät etikkahapon protoninsiirtoreaktion CHCOOH(aq) + H2O() HO + (aq) + CHCOO (aq) tasapainon etikkahapon puoee. Tästä syystä tasapainokonsentraatioina voidaan käyttää puskuriyhtäössä akukonsentraatioita. Natriumasetaatti iukenee Na + - ja asetaatti-ioneiksi. Syntyy puskuriiuos, jossa [CHCOOH] = [CHCOO ] = 0,20 mo Ka(etikkahappo) = 1,8 10 5 mo [A ] 5 0,20 ph = pka + = (1,8 10 ) + 4,744... 0 4,74 [HA] = + 0,20 b) 1) Etikkahapon neutraoi natriumhydroksidin iuetessa syntyvät OH -ionit. OH (aq) + CHCOOH(aq) CHCOO (aq) + H2O() Uudet asetaatti-ioni- ja etikkahappokonsentraatiot ovat [CHCOO ] = 0,20 mo + 0,02 mo = 0,22 mo. [CHCOOH] = 0,20 mo 0,02 mo = 0,18 mo 5 0,22 ph = (1,8 10 ) + = 4,81... 4,8 0,18 (ph muuttuu vain 0,09 ph-yksikköä) 2) Oksoniumioni neutraoi asetaatti-ioneja. HO + (aq) + CHCOO (aq) CHCOOH(aq) + H2O() Uudet asetaatti-ioni- ja etikkahappokonsentraatiot ovat [CHCOO ] = 0,20 mo [CHCOOH] = 0,20 mo 0,02 mo + 0,02 mo = 0,18 mo = 0,22 mo 5 0,18 ph = (1,8 10 ) + = 4,657... 4,66 0,22 (ph muuttuu vain 0,08 ph-yksikköä)..
14. Puskuriiuos vamistetaan isäämää 200 m:aan 0,10 M ammoniakkiiuosta 5,0 kiinteää ammoniumkoridia. Laske iuoksen ph. Oetetaan, että iuoksen tiavuus ei muutu ammoniumkoridin iuetessa. Ratkaisu Ammoniumionit siirtävät ammoniakin protoninsiirtoreaktion NH(aq) + H2O() OH (aq) + NH4 + (aq) tasapainon ammoniakin puoee. Tästä syystä tasapainokonsentraatioina voidaan käyttää puskuriyhtäössä akukonsentraatioita. Lasketaan ammoniumionikonsentraatio puskuriiuoksessa, jonka V = 0,200. M(NH4 + ) = 5,492 mo + + 5,0 mo [NH 4 ] = [NH 4 ] = n m 0 0,4675... V = M V = = 5,492 0,200 mo Lasketaan puskuriiuoksen ph [NH] = 0,10 mo, [NH4 + ] = 0,467... mo ja Ka(NH4 + ) = 5,6 10 10 mo [A ] 10 0,10 ph = pka + = (5,6 10 ) + 8,582... [HA] 0, 4674 = ph = 8,58 15. a) Mikä pitää CO 2 - ja HCO -ionien konsentraatioiden suhteen oa puskuriiuoksessa, jonka ph = 11,00? b) Kuinka suuri määrä (rammoina) kaiumkarbonaattia pitää isätä 1,00 itraan 0,100 M kaiumvetykarbonaattiiuosta, jotta puskuriiuoksen ph:ksi tuisi 11,00? Oetetaan, että iuoksen tiavuus ei muutu isäyksen johdosta. c) Mikä tiavuus 0,200 M kaiumkarbonaattiiuosta pitää isätä 100,0 m:aan 0,100 M kaiumvetykarbonaattiiuosta, jotta puskuriiuoksen ph:ksi tuisi 11,00? Oetetaan, että iuoksen tiavuus ei muutu isäyksen johdosta. 11 mo 11 a) Ka (HCO ) = 4,7 10, joten pka = (4,7 10 ) = 10,27... Sijoitetaan ph = 11,00 ja pka = 10,27... puskuriyhtäöön [CO ] 11,00 = 10,27... + [HCO ] 2 [CO ] = 0,672... [HCO ] Ratkaistaan oaritmiyhtäö 2 [CO ] 0,672... = 10 4,7 : 1 [HCO ]
2 [CO ] b) ph on sama kuin a-kohdassa, joten suhde = 4,7 :1 on voimassa. [HCO ] 2 mo [CO ] = 4,7 [HCO ] ja [HCO ] = 0,100 dm 2 mo mo [CO ] = 4,7 [HCO ] = 4,7 0,100 = 0,47 dm dm 2 mo V(puskuri) = 1,00 dm, joten n(co ) = c V = 0, 47 1,00 dm = 0, 47 mo dm 2 n(k2co ) = n(co ) = 0,47 mo ja M(K2CO ) = 18, 21 mo m(k2co ) = n M = 0,47 mo 18,21 = 64,95... = 65 mo c) ph on sama kuin edeisissä kohdissa, ja HCO - ja CO 2 -ionit ovat samassa tiavuudessa, joten konsentraatioiden suhde 4,7 = ainemäärien suhde n(co ) = 4,7 n(hco ) ; n = c V 2 mo mo V(K2CO -iuos) 0,200 = 4,7 0,100 0,100 dm dm dm mo 4,7 0,100 0,100 dm V mo 0,200 dm (K dm 2CO -iuos) = = 0,25 dm = 25m 16. ph-mittarin kaibrointia varten vamistetaan puskuriiuos sekoittamaa keskenään 6,50 etikkahappoa, CHCOOH, ja 7,50 natriumasetaattia, CHCOONa, mittapuossa, jonka tiavuus on 1,000 dm, ja täyttämää puo sen jäkeen vedeä merkkiin asti. Etikkahapon happovakio on 1,8 10 5 mo/dm. Mikä on puskuriiuoksen oksoniumionikonsentraatio ja ph? Ratkaisu Natriumasetaatin iukeneminen: H 2 O CHCOONa(s) CHCOO (aq) + Na + (aq). Asetaatti-ionit siirtävät etikkahapon protoninsiirtoreaktion CHCOOH(aq) + H2O() HO + (aq) + CHCOO (aq) tasapainon etikkahapon puoee. Tästä syystä tasapainokonsentraatioina voidaan käyttää puskuriyhtäössä akukonsentraatiota. [CHCOOH] [CHCOOH]0 [CHCOO ] [CHCOO ]0
Lasketaan etikkahapon ja asetaatti-ionien tasapainokonsentraatiot (M(CHCOOH) = 60,052 mo ; M(CHCOONa) = 82,04 mo ) 6,50 mo [CHCOOH] = [CHCOOH] = n m 0 0,1082... V = M V = = 60,052 1,000 dm dm mo n m 7,50 mo [CHCOO ] = [CHCOONa] 0 = = = = 0,091425... V M V 82,04 1,000 dm dm mo Sijoitetaan konsentraatiot ja Ka(CHCOOH) = 1,8 10 5 mo dm [A ] 5 0,0914 ph = pka + = (1,8 10 ) + 4,6715... [HA] 0,1082 = ph = 4,67 Lasketaan [HO + ] ph = 4,6715..., joten [HO + ] = 10 4,6715... mo dm = 2,18... mo 10 5 dm 2,1 mo 10 5 dm puskuriyhtäöön 17. Puskuriiuoksen etikkahappo- että natriumasetaattikonsentraatiot ovat moemmat 0,10 M. a) Laske puskuriiuoksen ph. b) Kuinka suuri on ph:n muutos, kun 100,0 m:aan puskuriiuosta isätään 1) 10,0 m 0,950 M NaOH(aq) 2) 20,0 m 0,10 M HNO(aq)? a) Asetaatti-ionit siirtävät etikkahapon protoninsiirtoreaktion CHCOOH(aq) + H2O() HO + (aq) + CHCOO (aq) tasapainon etikkahapon puoee. Tästä syystä tasapainokonsentraatioina voidaan käyttää puskuriyhtäössä akukonsentraatioita. Ka(etikkahappo) = 1,8 10 5 mo [A ] 5 0,10 ph = pka + = (1,8 10 ) + 4,744... 0 4,74 [HA] = + 0,10 1424 0
b) 1) OH -ioni neutraoi etikkahappoa: OH (aq) + CHCOOH(aq) CHCOO (aq) + H2O() mo n(naoh) = n(oh ) = c V = 0,0100 dm 0,950 = 9,50 10 mo dm Tasapainokonsentraatiot NaOH:n isäyksen jäkeen mo 0,1000 0,10 9,50 10 mo n mo [CHCOOH] = = = 4,5454... 10 V 0,1000 + 0,0100 mo 0,1000 0,10 + 9,50 10 mo n mo [CHCOO ] = = = 0,17727... V 0,1100 5 0,177 ph = (1,8 10 ) + = 6,5... 4,545 10 ph:n muutos ph = 6,5 4,744 = 1,591 1,59 Kommentti: Hydroksidi-ionien ainemäärä oi iian suuri etikkahapon ja asetaatti-ionien ainemääriin verrattuna. Puskurin kapasiteetti yittyi, eikä puskuri pystynyt vastustamaan ph:n muutosta. 2) Typpihappoiuoksen HO + -ionit neutraoivat asetaatti-ioneja HO + (aq) + CHCOO (aq) CHCOOH(aq) + H2O() + mo n(hno ) = n(ho ) = c V = 0,020 dm 0,10 = 0,0020 mo dm Tasapainokonsentraatiot HNO:n isäyksen jäkeen mo 0,1000 0,100 + 0,0020 mo n mo [CHCOOH] = = = 0,100 V 0,1000 + 0,0200 mo 0,1000 0,100 0,0020 mo n mo [CHCOO ] = = = 0,06666... V 0,1200 5 0,06667 ph = (1,8 10 ) + = 4,568... 0,1000 ph:n muutos ph = 4,568 4,744 = 0,176 0,18 Kommentti: Puskurin kapasiteetti ei yittynyt ja puskurin ph:n muutos oi matiinen.
18. Laske muodostuvan iuoksen ph, kun 200 m:aan 0,10 M KOH-iuosta isätään a) 00 m vettä b) 50 m 0,20 M HC c) 00 m 0,10 M HCOOH (Ka(HCOOH) = 1,8 10 4 M). Ratkaisu a) Laimennettaessa KOH:n ainemäärä ei muutu. n(koh)a = n(koh) n = c V c(koh)a V(KOH)a = c(koh) V(KOH) 0,200 0,10 mo = c(koh) 0,500 mo 0,200 0,10 mo c (KOH) = = 0,040 0,500 Laimennetun iuoksen [OH ] = 0,040 mo, koska KOH iukenee K + ja OH -ioneiksi. poh = 0,040 = 1,97... ph = 14,00 poh = 14,00 1,97... = 12,602 12,60 b) Neutraoituminen: KOH(aq) + HC(aq) KC(aq) + H2O(). Syntyvä suoa on neutraai. Lasketaan KOH:n ja HC:n ainemäärät mo n(koh) = c V = 0,10 0,200 = 0,020 mo mo n(hc) = c V = 0,20 0,050 = 0,010 mo Puoet akuperäisestä KOH:n ainemäärästä neutraoituu, joten iuoksessa n(koh) = 0,010 mo. n 0,010 mo mo c(koh) = = = 0,040 V 0,200 + 0,050 KOH(aq)-iuoksen konsentraatio on sama kuin a-kohdassa, joten ph = 12,60. c) Neutraoituminen: HCOOH(aq) + KOH(aq) HCOO (aq) + K + (aq) + H2O(). Neutraoituminen tuottaa muurahaishappoiuokseen formiaatti-ioneja, joten muodostuu puskuriiuos. Lasketaan [HCOOH]0 ja [HCOO ]0 isäyksen jäkeen. HCOO -ionit siirtävät muurahaishapon protoninsiirtoreaktion HCOOH(aq) + H2O() HO + (aq) + HCOO (aq) tasapainon muurahaishapon puoee. Tästä syystä tasapainokonsentraatioina voidaan käyttää puskuriyhtäössä akukonsentraatioita. Aussa: n(koh) = 0,020 mo mo n(hcooh) = c V = 0,10 0,00 = 0,00 mo
Neutraoimisen jäkeen: n(hcooh/puskuri) = 0,00 mo 0,020 mo = 0,010 mo n 0,010 mo mo [HCOOH] = = = 0,020 V 0,200 + 0,00 n (HCOO / puskuri) = 0,020 mo n 0,020 mo mo = = = V 0,500 [HCOO ] 0,040 Lasketaan puskuriiuoksen ph. Ka(HCOOH) = 1,8 10 4 mo. [A ] 4 0,040 ph = pka + = (1,8 10 ) + [HA] 0,020 ph = 4,045... 4,05. 19. Muurahaishappo, HCOOH, on heikko yhdenarvoinen happo, jonka happovakio Ka = 1,8 10 4 mo/ ämpötiassa 25 C. Määritä kaikkien iuokse ssa esiintyvien ionien konsentraatiot, kun 1,5 10 mooia muurahaishappoa iuotettiin veteen 1,0 itraksi iuosta. Mitä suoaa iuokseen tuee isätä, jotta siitä muodostuu puskuriiuos? (Yo s1999) Ratkaisu n 1,5 10 mo mo [HCOOH] 0 = = = 1,5 10 V 1,0 Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa mo c:n muutos mo tasapainokonsentraatio mo HCOOH(aq) + H2O() HO + (aq) + HCOO (aq) 1,5 10-0 0 x - + x + x 1,5 10 x - x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x + 2 [HO ] [HCOO ] x 4 Ka = = = 1,8 10 [HCOOH] 1,5 10 x x 2 4 7 + x = 1,8 10 2,7 10 0 Laskimea: [H O ] = x = 4,75... 10 + 4 4 (tai = 6,17...10,neatiivisena mahdoton) x mo mo
Ionien konsentraatiot [HO + ] = [HCOO ] = 4,4 10 4 mo 2 14 mo 1,008 10 Kw 11 [OH ] = = = 2, 10 + 4 mo mo [H O ] 4,75 10 Liuokseen pitää isätä muurahaishapon suoaa, jonka kationi on neutraai, esimerkiksi natriumformiaattia HCOONa.. Happo-emästitraukset 140. Kuinka monta miiitraa 0,125 M NaOH(aq)-iuosta kuuu, kun titrataan ekvivaenttikohtaan a) 25,0 m typpihappoiuosta, jonka konsentraatio on 0,125 M b) 25,0 m muurahaishappoiuosta, jonka konsentraatio on 0,125 M c) 25,0 m rikkihappoiuosta, jonka konsentraatio 0,0654 M d) 25,0 m väkiviinaetikkaiuosta, joka sisätää 5,0 m-% etikkahappoa ja jonka tiheys on 1,0 /m? a) Nettoreaktioyhtäö: HNO(aq) + NaOH(aq) NaNO(aq) + H2O() n(hno) = c V = 0,125 mo 0,0250 =,125 10 mo. Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(naoh) = n(hno) =,125 10 mo n,125 10 mo V(NaOH) = = = 0,0250 25,0 m c mo 0,125 b) Nettoreaktioyhtäö: HCOOH(aq) + NaOH(aq) HCOONa(aq) + H2O(). Vastaus on sama kuin a-kohdassa, koska n(hcooh) = n(hno). Hapon vahvuus ei vaikuta neutraoinnissa kuuvan emäksen ainemäärään. V(NaOH) = 25,0 m. c) Nettoreaktioyhtäö: H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) Na2SO4(aq) + 2 H2O() n(h2so4) = c V = 0,0654 mo 0,025 = 1,65 10 mo. Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(naoh) = 2 n(h2so4) = 2 1,65 10 =,27 10 mo n,27 10 mo V(NaOH) = = = 0,02616 26,2 m. c mo 0,125
d) Nettoreaktioyhtäö: CHCOOH(aq) + NaOH(aq) CHCOONa(aq) + H2O(). Lasketaan väkiviinaetikassa oevan etikkahapon ainemäärä. M(CHCOOH) = 60,052 mo 5,0 ρ V 0,050 1,0 25,0 mo m n(chcooh) = = 100 = mo = 0,02081... mo M M 60,052 mo Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(naoh) = n(hccooh) = 0,02081... mo. n 0,02081... mo V(NaOH) = = = 0,1665... 167 m. c mo 0,125 Kuutus on iian suuri byretiä mitattavaksi. Näytteen tiavuuden tuisi oa pienempi (esim. 5,0 m) tai titraukseen tuisi käyttää väkevämpää NaOH-iuosta. 141. Ammoniakkiiuoksesta otettiin 50,0 m:n näyte, joka titrattiin 0,10 M vetykoridihappoiuoksea. Titraustuokset on koottu seuraavaan tauukkoon. V(HC)/m 0 10,0 20,0 40,0 45,0 49,0 50,0 51,0 60,0 70,0 80,0 ph 11,1 9,7 9,4 8,6 8,2 7,2 7,0 2,5 1,8 1,5 1,4 a) Piirrä titrauskäyrä. b) Merkitse kuvioon ekvivaenttikohta. c) Mikä on iuoksen ph ekvivaenttikohdassa? d) Seitä, mikä määrää ekvivaenttikohdan ph. e) Mikä oi titratun ammoniakkiiuoksen konsentraatio? f) Miä ph-aueea titrattu iuos oi puskuriiuos? ) Jos titrauksen päätepiste oisi määritetty ph-indikaattoria käyttäen, niin mikä oisi out sopiva indikaattori? a) ph 10,0-8,0-6,0-4,0 - b) ekvivaenttikohta, jossa V(HC) = 50 m, ja ph 5. 2,0-20,0 40,0 60,0 80,0 0,10 M HC-iuoksen kuutus, m
c) Ekvivaenttikohdassa ph on noin 5. d) Ekvivaenttikohdassa kaikki ammoniakki on neutraoitu, ja iuoksessa on ammonium- ja koridi-ioneja. Hapan ammoniumioni tekee iuoksesta ievästi happaman. (Koridi-ioni on neutraai). e) Nettoreaktioyhtäö: NH(aq) + HC(aq) NH4C(aq) + H2O(). Ekvivaenttikohdassa V(HC) = 50 m, c(hc) = 0,10 M. n(nh) = n(hc); n = c V c(nh) V(HC) = c(hc) V(HC) mo 0,10 0,050 c(hc) V(HC) mo c(nh ) = = = 0,10 V(NH ) 0,0500 + 10 mo + 10 f) Kb (NH 4 ) = 5,6 10, joten p K a(nh 4 ) = (5,6 10 ) = 9,25 Titrausiuos on puskuriiuos aueea ph = pka ± 1,0 = 9,25 ± 1,0, ei aueea 10, 8,. ) Ekvivaenttikohdan ph on noin 5. Sopiva indikaattori oisi esim. metyyipunainen, koska ph = 5 osuu sen värinmuutosaueee. 142. Astiassa on 400 m 0,15 M CHCOOH ja siihen isätään 600 m 0,10 M NaOH. Etikkahapon happovakio on 1,8 10 5 mo/. Vastaa yhyesti perusteen, mikä sekoituksen jäkeistä tiannetta koskevista väittämistä on tosi? Sekoituksen jäkeen iuos on a) vahvasti hapan (ph 1,8) b) ievästi hapan (ph 5,2) c) neutraai (ph 7,0) d) ievästi emäksinen (ph 8,8) e) vahvasti emäksinen (ph 1,2). Ratkaisu Lasketaan etikkahapon ja natriumhydroksidin ainemäärät. n(chcooh) = c V = 0,15 mo 0,400 = 0,060 mo. n(naoh) = c V = 0,10 mo 0,600 = 0,060 mo. Nettoreaktioyhtäö: CHCOOH(aq) + NaOH(aq) CHCOONa(aq) + H2O(). n(chcooh) = n(naoh), joten seos on neutraoitu ekvivaenttipisteeseen. Seoksessa on emäksisiä asetaatti-ioneja (ja neutraaeja natriumioneja), joten seos on emäksinen. Asetaatti-ioni on heikko emäs, joten oikea vaihtoehto on d.
14. Säiönnässä ja mausteena käytettävä väkiviinaetikka on koostumuksetaan aimeaa etikkahappoiuosta. Etikkahapon tarkan pitoisuuden määrittämiseksi väkiviinaetikasta otettiin 25,0 m:n näyte, joka titrattiin 0,194 M NaOH-iuoksea. Ennen titrauksen aoittamista näyte aimennettiin vedeä noin 100 miiitraksi. Titraukset on koottu aa oevaan tauukkoon: V(NaOH)/m 0 1,0 2,0 4,0 6,0 7,0 8,0 8,5 10,0 14,0 ph 2,9 4,0 4, 4,7 5,2 5,5 6,4 11,2 12,0 12,4 a) Piirrä titrauskäyrä. Käytä pystyakseina iuoksen ph:ta ja vaaka-akseina NaOHkuutusta. Merkitse ekvivaenttikohdan sijainti kuvaan ja määritä sen perusteea etikkahapon pitoisuus (/) väkiviinaetikassa. ( p.) b) Miksi aimennuksessa saadun iuoksen tarkkaa tiavuutta ei tarvitse tietää? (1 p.) c) Titrauksen päätepiste voidaan todeta myös happo-emäsindikaattoria käyttäen. Mitä seikkoja tuee indikaattoria käytettäessä ottaa huomioon? Ehdota jotain titraukseen sopivaa indikaattoria. (2 p.) (Yo k2006) a) ph 12,0 10,0-8,0 - ph 9, V(NaOH) = 8, m. 6,0-4,0-2,0-2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 0,194 M NaOH-iuoksen kuutus, m Nettoreaktioyhtäö: CHCOOH(aq) + NaOH(aq) CHCOONa(aq) + H2O(). Ekvivaenttikohdassa V(NaOH) = 8, m n(chcooh) = n(naoh); n = c V c(chcooh ) V(CHCOOH) = c(naoh) V(NaOH) mo 0,194 0,008 c(naoh) V(NaOH) mo c(chcooh) = = = 0,064408 V(CH COOH) 0,0250 M(CHCOOH) = 60,052 ; m = n M mo mo m(chcooh) = 0,064408 60,052 =,867...,9 mo
b) Titrattavan etikkahapon ainemäärä ei muutu aimennettaessa. Titrattaessa kaikki etikkahappo neutraoituu etikkahappoiuoksen tiavuudesta riippumatta, koska ekvivaenttipisteessä n(chcooh) = n(naoh). c) Ekvivaenttikohdan ph:n tuee oa indikaattorin värinmuutosaueea. Ekvivaenttikohdan ph on noin 9, joten sopiva indikaattori on esimerkiksi fenoiftaeiini. 144. Kun ammoniakin vesiiuosta titrattiin suoahapoa, saatiin oheisen kuvan titrauskäyrä. Vaitse pisteistä A D se, jossa a) ammoniakin konsentraatio on suurin, b) ammoniumionin konsentraatio on suurin, c) iuos on puskuriiuos. d) Onko iuos pisteessä C hapan, neutraai vai emäksinen? Perustee kussakin tapauksessa vastauksesi.(yo k2000) a) Pisteessä A, koska titrauksen akupisteessä ammoniakkia ei oe vieä yhtään neutraoitu. b) Pisteessä C (ekvivaenttikohdassa), jossa kaikki ammoniakki on neutraoitu ammoniumioneiksi. c) Pisteessä B, jossa puoet ammoniakin ainemäärästä on neutraoitu. n(nh) = n(nh4 + ), joten iuos on puskuriiuos. d) Ekvivaenttikohdan NH4C(aq)-iuos on hapan, koska ammoniumioni on heikon hapon vastinemäksenä hapan ioni (Ka(NH4 + ) = 5,6 10 10 mo/) ja koridi-ioni vahvan hapon vastinemäksenä neutraai.
145. 50,0 m 0,100 M etikkahappoa titrataan 0,200 M NaOH-iuoksea. a) Laske etikkahapon neutraointiin tarvittava NaOH-iuoksen tiavuus. b) Laske neutraoinnin tuoksena saadun iuoksen ph. Ratkaisu a) Nettoreaktioyhtäö: CHCOOH(aq) + NaOH(aq) CHCOONa(aq) + H2O(). Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(naoh) = n(chcooh); n = c V c(naoh) V(NaOH ) = c(chcooh ) V(CHCOOH) mo 0,100 0,0500 c(chcooh) V(CHCOOH) V(NaOH) = = = 0,0250 25,0 m. c(naoh) mo 0,200 b) Ekvivaenttikohdan iuos on natriumasetaattiiuos, jonka asetaatti-ionit ovat emäksisiä ja natriumionit neutraaeja. 10 mo K b(chcoo ) = 5,6 10. Reaktioyhtäöstä pääteään, että neutraoidussa iuoksessa n(chcoo ) = n(chcooh) = 0,0500 0,100 mo = 0,00500 mo ja n 0,00500 mo mo [CHCOO ] 0 = = = 0,066666... V (0,0500 + 0,0250) Kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset CHCOO (aq) + H2O() OH (aq) + CHCOOH(aq) c aussa 0,06666-0 0 mo c:n mo muutos tasapainokon sentraatio mo x - + x + x 0,06666 x - x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäsvakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x = [OH ] 2 [OH ] [HCOOH] x 10 Kb = = = 5,6 10 [HCOO ] 0,06666 x mo 0,06666..., joten yhtäö yksinkertaistuu muotoon x << x = 0,06666 5,6 10 2 10 mo x = [OH ] = ( ± ) 0,06666 5,6 10 = 6,1098 10 Neatiivinen juuri mahdoton ja yksinkertaistus ok. Lasketaan ph poh = (6,1098 10 5 ) = 5,21... ph = 14,00 poh = 14,00 5,21... = 8,786 8,79. 10 6 mo
146. Oheisessa kuvassa on kaksi titrauskäyrää, joista toinen kuvaa etikkahapon ja toinen typpihapon titrausta natriumhydroksidiiuoksea. a) Kumpi käyristä esittää typpihapon titrausta? b) Kummassa titrauksessa muodostuu puskuriiuos? c) Miksi titrausten ekvivaenttikohtien ph-arvot eroavat toisistaan? d) Miksi titrauskäyrät yhtyvät ekvivaenttikohdan jäkeen? Perustee kaikki vastauksesi. (Yo k200) a) Käyrä, jonka ph on titrauksen aussa aempi. Typpihappo on vahva happo ja etikkahappo heikko happo, joten titrauksen aussa typpihappoiuoksen ph on pienempi. b) Etikkahapon titrauksessa, koska vain heikosta haposta ja sen vastinemäksestä voi muodostua puskuriiuos. c) Kun vahva happo titrataan vahvaa emäkseä, syntyvä natriumkoridiiuos, NaC(aq), on neutraai ja sen ph 7. Kun heikko happo titrataan vahvaa emäkseä, syntyvä natriumasetaattiiuos, CHCOONa(aq), on emäksinen ja sen ph > 7. Asetaatti-ioni on heikon hapon vastinemäksenä emäksinen (Kb(CHCOO ) = 5,6 10 10 mo/) ja Na + -ioni on neutraai. d) Kun ekvivaenttikohta on ohitettu, iuoksen ph riippuu vain isätyn NaOH:n ainemäärästä, joka on moemmissa titrauksissa sama.
147. Hapon ja emäksen väistä neutraoitumisreaktiota voidaan seurata titrauksen avua, jossa happoiuokseen isätään emäsiuosta ja ph määritetään kunkin emäsisäyksen jäkeen. Kun 15,0 m typpihapon vesiiuosta titrattiin NaOH-iuoksea, jonka konsentraatio oi 0,100 mo/, saatiin oheinen titrauskäyrä. Kuinka monta miirammaa typpihappoa näytteessä oi? Laske iuoksen ph pisteissä A, B ja C. Ratkaisu Nettoreaktioyhtäö: HNO(aq) + NaOH(aq) NaNO(aq) + H2O() Ekvivaenttikohdassa V(NaOH) = 6,0 m. Reaktioyhtäöstä pääteään, että n(hno) = n(naoh); n = c V c(hno ) V(HNO) = c(naoh) V(NaOH) mo 0,100 0,0060 c(naoh) V(NaOH) mo c(hno ) = [HNO ] 0 = = = 0,040 V(HNO ) 0,0150 Lasketaan typpihapon ainemäärä ja massa pisteessä A. M(HNO) = 6,018 mo. n(hno) = c V = 0,040 mo 0,150 = 6,0 10 4 mo. m(hno) = n M = 6,0 10 4 mo 6,018 = 0,0781... 8 m. mo Piste A Typpihappo on vahva monoproottinen happo, joten [HO + ] = [HNO]0 = 0,040 mo. ph = [HO + ] = 0,040 = 1,97... 1,40. Piste B V(NaOH) =,0 m ja V(NaOH) = 0,100 mo. Reaktioyhtäöstä pääteään, että titrauksessa kuuvan NaOH:n ainemäärä = neutraoituvan HNO:n ainemäärä ei n(neutraoituva HNO) = n(naoh)b= 0,000 0,100 mo =,0 10 4 mo. 4 4 6,0 10 mo,0 10 mo mo + c (typpihappo pisteessä B) = = 0,01666... = [HO ] (0,0150 + 0,000)
ph = [HO + ] = 0,01666... = 1,778... 1,78. Piste C Natriumhydroksidiiuosta on isätty typpihapon neutraoitumisen jäkeen yimäärin 1,0 m. n(naoh)c = 0,0010 0,100 mo = 1,0 10 4 mo. 4 n 1,0 10 mo mo c(oh ) C = c(naoh) C = = = 4,5454... 10. V (0,0150 + 0,0070) poh = [OH ] = (4,545... 10 5 ) = 2,42... ph = 14,00 poh = 14,00 2,42... = 11,657 11,66. 148. Bariumhydroksidi on vahva kaksiarvoinen emäs, joka kiteytyy kidevedeisenä muotona. Kun 118, m Ba(OH)2 n H2O iuotettiin veteen ja iuos titrattiin 0,100 M HC-iuoksea, saatiin oheinen titrauskäyrä. Kuinka monta kidevettä bariumhydroksidi sisäsi? (Yo s1990) Ratkaisu Nettoreaktioyhtäö: Ba(OH)2(aq) + 2 HC(aq) BaC2(aq) + 2 H2O() (Kidevesi menee iuotinveden joukkoon). Titrauskäyrästä uetaan, että V(HC) = 7,5 m, c(hc) = 0,100 mo. Nettoreaktioyhtäöstä pääteään, että 1 1 1 mo 4 n(ba(oh) 2 ) = n(hc) = c(hc) V(HC) = 0,100 0,0075 =,75 10 mo 2 2 2 M(Ba(OH) 2 ) = 171,46 mo 4 m(ba(oh) 2 ) = n M =,75 10 mo 171,46 = 0,06425.... mo
Kideveden ainemäärä m 0,118 0,06425... n(h2o) = = = 2,999... 10 mo M 18,016 mo n n(ba(oh) ),75 10 mo 1 1 n = 8 (H2O) 2,999... 10 mo 7,999... 8 = = = 4,joten 2 149. Tarkastee sivun 109 titrauskäyrää. Kuvaie, miten käyrän muoto muuttuisi, jos a) titrattavana oisi 0,100 mo/dm natriumvetysufaattiiuos b) titraukseen käytettäisiin 0,200 mo/dm NaOH-iuosta c) titrattavaa iuosta aimennettaisiin tisatua vedeä kaksinkertaiseen tiavuuteen d) vierustoverisi yrittäisi sabotoida titraustasi isäämää titrattavaan iuokseen ennen titrauksen akua pari tippaa 0,100 mo/dm HC-iuosta. a) Vetysufaatti-ioni on huomattavasti happamampi kuin propaanihappo (Ka(HSO4 = 1,2 10 2 mo/dm ), joten titrauskäyrä ähtisi ahaisemmasta ph:sta ja kukisi aempana aina ekvivaenttipisteeseen asti. b) ph nousisi kaksi kertaa jyrkemmin ja ekvivaenttikohta savutettaisiin jo 20,0 m:n isäyksen jäkeen. c) Näin pieni aimennus vaikuttaisi titrauskäyrään vain vähän. d) Sabotaasi epäonnistuisi. ph oisi auksi ahaisempi, mutta parin tipan HCisäyksen neutraointiin tarvitaan byretistä vain pari tippaa 0,100 mo/dm NaOHiuosta. Tämän jäkeen titraus voisi jatkua normaaisti, eikä titrauskäyrässä havaittaisi oeeista muutosta. Ainoastaan titrauksen tarkkuus kärsisi hieman. 150. Yksiarvoista heikkoa happoa titrataan natriumhydroksidia ämpötiassa 25 C. Vastaa (oikein/väärin) väitteisiin, joiden mukaan titrauksen ekvivaenttikohdaa on voimassa: a) happoa ja emästä on isätty iuokseen tarkaeen yhtä suuret ainemäärät, b) iuos on sähköisesti neutraai, c) iuoksen ph on sama kuin hapon pka (= Ka) d) iuoksen ph = 7,0 e) iuos on puskuriiuos f) iuoksessa natriumionin ja hydroksidi-ionin konsentraatiot ovat yhtä suuret. Perustee yhyesti mahdoiset väärät väittämät. (Yo k2005)
a) Oikein b) Oikein c) Väärin. pka = ph kohdassa, jossa tasan puoet hapon ainemäärästä on neutraoitu. d) Väärin. Heikon hapon titrauksessa ekvivaenttikohdassa ph > 7, koska heikon hapon vastinemäs on emäksinen. e) Väärin. Puskuriiuoksessa pitää oa heikkoa happoa ja sen vastinemästä. Näin ei oe, koska ekvivaenttikohdassa heikko happo on kokonaisuudessaan neutraoitu f) Väärin. Hydroksidi-ioneja kuuu neutraoitumisessa, mutta natriumioneja ei, joten natriumionien konsentraatio on suurempi. 151. Kemikaaiuetteoissa mainitaan, että väkevä rikkihappo on 95 98 massaprosenttista iuosta. Kouuun toimitetussa puossa oi merkintä 1 itra = 1,84 k. Määrittääkseen rikkihapon tarkan pitoisuuden oppias mittasi tarkasti pipetiä 5,0 m väkevää rikkihappoiuosta ja aimensi sen 500,0 m:ksi iuosta mittapuossa. Hän otti vamistamastaan iuoksesta viisi 10,0 m:n näytettä, jotka hän titrasi NaOHiuoksea, jonka konsentraatio oi 0,176 mo/: Näyte 1. 2.. 4. 5. V(NaOH)/m 20,2 19,7 21, 20,4 20,4 a) Laske rikkihapon konsentraatio oppiaan vamistamassa iuoksessa. b) Mikä oi rikkihappopitoisuus massaprosentteina kouuun toimitetussa puossa? a) Titrauskuutuksen keskiarvo (20,2 + 19,7 + 21, + 20, 4 + 20,4) V (NaOH) = = 20, 4 m 5 Nettoreaktioyhtäö: H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) Na2SO4(aq) + 2 H2O() Reaktioyhtäöstä pääteään, että 1 1 mo n(h2so 4 ) = n (NaOH) = 0,176 0,0204 = 1,7925 10 mo 2 2 Oppiaan vamistaman rikkihappoiuoksen konsentraatio n 1,7925 10 mo mo mo mo c(h2so 4 ) = = = 0,17925 0,180 (tai 0,18 ) V 0,0100